一种用于土壤修复活化方法研究的一体式实验装置与流程

1.本发明涉及土壤修复实验技术领域，具体是涉及一种用于土壤修复活化方法研究的一体式实验装置。


背景技术：

2.近些年，由于农药施加过量、工业废水不合理排放等问题的影响，土壤污染问题日益严重，已成为影响人们正常生产生活的重要影响因素，而且，土壤污染有一定的隐蔽性和滞后性，如不加以治理，仅由土壤自然恢复，一般需要耗费几百年甚至上千年的时间。因为土壤中的有机污染物尤其是多环芳烃很难分解，而多环芳烃多人体具有非常大的毒害作用，引起血小板和白细胞减少，髓细胞性贫血及白血病，出现神经衰弱症候群，四肢麻木和痛觉减退，对新陈代谢产生影响，并对皮肤有损害和致敏作用，长期接触可出现皮肤粘膜出血倾向。因此，对于土壤的修复至关重要。
3.目前，土壤修复的主要方法包括物理修复、化学修复以及生物修复，每种修复技术的针对性不同，本发明主要针对化学修复方法中的土壤原位淋洗、电动扩散修复、电加热耦合以及氧化还原法进行研究，化学氧化还原技术是指在土壤中添加化学氧化剂/还原剂，让土壤中的污染物发生氧化还原反应从而达到修复土壤的目标。氧化反应是氧化剂与土壤或者地下水中的有机污染物进行反应，还原反应是对其中能进行还原反应的物质进行反应，还原反应结合电动扩散方法是目前研究的创新点，对于该修复方法的研究，势必需要进行室内实验，在实验过程中往往需要对采集的土壤进行布设电极、设置加药井以及注汽井的位置规划，因此，实验装置是否合理可行决定了最终实验结果的正确与否。
4.专利cn207036831u公开了一种污染土壤修复试验装置，包括底座，底座的顶部分别固定连接有滑块和套管，并且滑块的正面开设有滑槽，并且滑槽的内壁滑动连接有移动装置，滑块的一侧开设有卡槽，并且套管内壁的底部固定连接有第一弹簧，第一弹簧的顶部固定连接有轴块，并且轴块的顶部活动连接有压力杆，压力杆的表面与套管的内壁滑动连接，并且压力杆的顶端固定连接有固定板，该实用新型专利涉及土壤修复技术领域。该污染土壤修复试验装置，改变了由于修复液与污染土壤不能混合均匀的问题，减少了实验的时间过长，提高了实验的结果的精确，大大增加了其功能性，整个操作过程简单方便，保证了土壤修复工作的进行。但适用范围有限，对于研究化学修复方法实验时可利用的价值不高，因此需要针对化学修复时的种种需求提供一种更为科学的实验装置。


技术实现要素：

5.针对上述存在的问题，本发明提供了一种用于土壤修复活化方法研究的一体式实验装置。
6.本发明的技术方案是：
7.一种用于土壤修复活化方法研究的一体式实验装置，包括主体以及位于主体下方的底座，所述主体上方设有开口，所述底座为中空设置，主体顶面中部设有阴极电极放置
板，主体顶面两侧设有阳极电极放置板，所述阴极电极放置板和阳极电极放置板表面均开设有若干放置孔，所述阴极电极放置板上的每两组放置孔之间下方各设有一组加药桶，所述加药桶共两组且平行设置，加药桶自外而内依次设有外壁、加厚内壁和混药腔，
8.所述加药桶通过其顶部设有的限位块与所述阴极电极放置板转动连接，加药桶底部设有的转动杆贯穿主体底部后与位于所述底座内部的转动齿轮上表面中心处连接，其中一组所述转动齿轮下表面设有用于控制其转动的转动电机，两组转动齿轮相互啮合同步反方向转动，每个加药桶外壁均设有若干搅拌杆组，每个加药桶的搅拌杆组自上而下等间距设置，且两个加药桶的搅拌杆组交错设置，
9.每个所述搅拌杆组均包括周向等间距设置的4组搅拌杆，所述搅拌杆包括圆形的转动部和长弧形的搅拌部，所述转动部嵌设在所述外壁内部并通过一组转轴与外壁转动连接，每组转动部与所述加厚内壁相接触的位置均设有一组弧形槽，使转动部能够在所述弧形槽内转动，加厚内壁对应每组所述弧形槽的内部均设有一组凹槽，所述凹槽内底部设有固定块，所述固定块通过一组弹簧与靠近弧形槽一端的滑动块连接，所述滑动块与凹槽滑动且密封连接，转动部外壁设有一处与所述滑动块末端相互配接的卡槽，用于当转动部转动至卡槽所在位置处时通过卡槽与滑动块配接固定并限位阻止转动部继续转动，所述卡槽与滑动块配接处均为倾斜设置的倾斜面，卡槽与滑动块的倾角指向与搅拌部的倾角指向相同，
10.所述加药桶内部设有混药装置，所述主体一侧设有若干组注气管。
11.进一步地，所述底座内部贴合与主体底部设有用于监测土壤ph值的ph监测仪，用于监测土壤温度的温度监测仪，用于监测土壤湿度的湿度监测仪，所述ph监测仪、温度监测仪和湿度监测仪的感应端均贯穿主体底部后延伸至主体内部，ph监测仪、温度监测仪和湿度监测仪的数据输出端均与底座外壁设有的显示屏电性连接。便于实验人员对土壤中的ph值、温度和湿度进行及时观测。
12.进一步地，所述底座内部上表面设有用于为所述主体内部的土壤加热的电加热板，所述电加热板为3组且两两对称设置在所述转动杆两侧。通过电加热板对主体内部土壤进行加热以达到不同的温度条件实现各种实验目的。
13.进一步地，所述注气管为4组且两两对称设置在所述阴极电极放置板两侧，每组注气管前端延伸至主体内部，注气管后端在主体外部位置处套设有齿轮盘，位于同一侧的两组注气管的齿轮盘均与位于主体外侧壁的过渡齿轮啮合并同步转动，所述过渡齿轮通过位于主体外侧壁的注气电机驱动转动。在一些需要进行除气催化氧化的试验过程中通过注气管注入气体同时使注气管进行转动达到均匀注气的目的，实验效果更好。
14.进一步地，每组所述注气管外壁均设有若干出气孔。使注入的气体能够均匀地扩散到土壤内部。
15.进一步地，所述混药装置包括位于所述混药腔内中部的混药杆，所述混药杆自上而下周向设有若干混药叶片，混药杆上方贯穿所述限位块与位于限位块上方的混药电机输出端连接。
16.进一步地，所述卡槽与滑动块的相互配接处均设有相互吸引的磁片。进一步增强卡槽与滑动块之间的连接。
17.进一步地，所述凹槽两侧的加厚内壁内部各设有一组通水管，用于连通所述混药
腔与凹槽，通水管与混药腔连通一端为进水口，通水管与凹槽连通一端为出水口，当所述滑动块未与所述卡槽配接时滑动块密封阻挡所述出水口所在位置，当滑动块与卡槽配接则打开出水口，滑动块内部设有贯穿滑动块底部与倾斜面的通孔，所述通孔对应卡槽内部的位置处设有导流管，所述导流管延伸至所述搅拌部末端。使搅拌杆在转动搅动土壤的过程中能够对其进行注水或注入其他液体，从而使注入的液体在搅拌过程中均匀流出，实现快速调节土壤含水率及ph的目的，提高了实验效率和结果准确率。
18.更进一步地，所述导流管对应其所在搅拌部的同一侧设有若干渗流管，所述渗流管内设有渗透膜。避免土壤对导流管造成堵塞。
19.本发明的有益效果是：
20.(1)本发明的实验装置可以完成多种不同的土壤实验，涉及的范围广，尤其是针对化学修复中的电动扩散、电加热耦合、金属离子活化以及催化氧化等实验具有较好的实验效果，能够取得较为准确地实验结果。
21.(2)本发明的实验装置通过设有的电机放置板、加药桶以及搅拌杆能够同步完成电动扩散与电加热耦合的实验步骤，同时对于土壤中含水率和ph的调节更加方便，通过向加药桶内注入液体然后由转动中的搅拌杆排出，既完成了对土壤的疏松，又达到了调节的目的，且结构设置合理、使用方法方便快捷，大大节省了实验人员的操作难度和操作时间。
22.(3)本发明的实验装置通过设有的注气管能够在不同实验过程中通过注入气体达到催化氧化的目的，同时气体在土壤内部扩散均匀，亦可进行排气，进一步提高了实验手段的多样新以及实验结果的准确率。
附图说明
23.图1是本发明实验装置的整体结构示意图；
24.图2是本发明实验装置的主视及底座内部结构示意图；
25.图3是本发明实验装置的侧视及内部结构示意图；
26.图4是本发明的实验装置内部组件结构示意图。
27.图5是本发明的实验装置的加药桶及搅拌杆结构示意图；
28.图6是本发明图5中a处具体结构示意图；
29.图7是本发明的实验装置的加药桶及搅拌杆转动后的结构示意图；
30.图8是本发明图7中b处具体结构示意图。
31.其中，1-主体，11-开口，12-阴极电极放置板，13-阳极电极放置板，14-放置孔，2-底座，21-ph监测仪，22-温度监测仪，23-湿度监测仪，24-显示屏，25-电加热板，3-加药桶，31-外壁，32-加厚内壁，321-弧形槽，322-凹槽，323-固定块，324-弹簧，325-滑动块，326-通孔，33-混药腔，34-限位块，35-转动杆，36-通水管，361-进水口，362-出水口，4-转动电机，41-转动齿轮，5-搅拌杆，51-转动部，52-搅拌部，53-转轴，54-卡槽，55-磁片，56-导流管，57-渗流管，58-渗透膜，6-混药装置，61-混药杆，62-混药叶片，63-混药电机，7-注气管，71-齿轮盘，72-过渡齿轮，73-注气电机，74-出气孔。
具体实施方式
32.实施例1
33.如图1、5所示，一种用于土壤修复活化方法研究的一体式实验装置，包括主体1以及位于主体1下方的底座2，主体1上方设有开口11，底座2为中空设置，主体1顶面中部设有阴极电极放置板12，主体1顶面两侧设有阳极电极放置板13，阴极电极放置板12和阳极电极放置板13表面均开设有5组放置孔14，阴极电极放置板12上的每两组放置孔14之间下方各设有一组加药桶3，加药桶3共两组且平行设置，加药桶3自外而内依次设有外壁31、加厚内壁32和混药腔33；
34.如图2所示，底座2内部贴合与主体1底部设有用于监测土壤ph值的ph监测仪21，用于监测土壤温度的温度监测仪22，用于监测土壤湿度的湿度监测仪23，ph监测仪21、温度监测仪22和湿度监测仪23均为市售土壤监测用监测仪，ph监测仪21、温度监测仪22和湿度监测仪23的感应端均贯穿主体1底部后延伸至主体1内部，ph监测仪21、温度监测仪22和湿度监测仪23的数据输出端均与底座2外壁31设有的显示屏24电性连接，底座2内部上表面设有用于为主体1内部的土壤加热的电加热板25，电加热板25为市售电加热板经过结构外形调整后以适配底座2的结构，电加热板25为3组且两两对称设置在转动杆35两侧；
35.如图3、4所示，加药桶3通过其顶部设有的限位块34与阴极电极放置板12转动连接，加药桶3底部设有的转动杆35贯穿主体1底部后与位于底座2内部的转动齿轮41上表面中心处连接，其中一组转动齿轮41下表面设有用于控制其转动的转动电机4，转动电机4为市售三相减速电机，两组转动齿轮41相互啮合同步反方向转动，每个加药桶3外壁31均设有4组搅拌杆组，每个加药桶3的搅拌杆组自上而下等间距设置，且两个加药桶3的搅拌杆组交错设置；
36.如图5-8所示，每个搅拌杆组均包括周向等间距设置的4组搅拌杆5，搅拌杆5包括圆形的转动部51和长弧形的搅拌部52，转动部51嵌设在外壁31内部并通过一组转轴53与外壁31转动连接，每组转动部51与加厚内壁32相接触的位置均设有一组弧形槽321，使转动部51能够在弧形槽321内转动，加厚内壁32对应每组弧形槽321的内部均设有一组凹槽322，凹槽322内底部设有固定块323，固定块323通过一组弹簧324与靠近弧形槽321一端的滑动块325连接，滑动块325与凹槽322滑动且密封连接，转动部51外壁31设有一处与滑动块325末端相互配接的卡槽54，用于当转动部51转动至卡槽54所在位置处时通过卡槽54与滑动块325配接固定并限位阻止转动部51继续转动，卡槽54与滑动块325配接处均为倾斜设置的倾斜面，卡槽54与滑动块325的倾角指向与搅拌部52的倾角指向相同，卡槽54与滑动块325的相互配接处均设有相互吸引的磁片55；
37.如图3所示，加药桶3内部设有混药装置6，混药装置6包括位于混药腔33内中部的混药杆61，混药杆61自上而下周向设有6组混药叶片62，混药杆61上方贯穿限位块34与位于限位块34上方的混药电机63输出端连接，混药电机63为市售齿轮减速电机；
38.如图1-3所示，主体1一侧设有4组注气管7，注气管7两两对称设置在阴极电极放置板12两侧，每组注气管7前端延伸至主体1内部，注气管7后端在主体1外部位置处套设有齿轮盘71，位于同一侧的两组注气管7的齿轮盘71均与位于主体1外侧壁的过渡齿轮72啮合并同步转动，过渡齿轮72通过位于主体1外侧壁的注气电机73驱动转动，注气电机73为市售齿轮减速电机，每组注气管7外壁31均设有若干出气孔74。
39.实施例2
40.本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：加药桶3内部结构设置不同。
41.具体地，如图5-8所示，凹槽322两侧的加厚内壁32内部各设有一组通水管36，用于连通混药腔33与凹槽322，通水管36与混药腔33连通一端为进水口361，通水管36与凹槽322连通一端为出水口362，当滑动块325未与卡槽54配接时滑动块325密封阻挡出水口362所在位置，当滑动块325与卡槽54配接则打开出水口362，滑动块325内部设有贯穿滑动块325底部与倾斜面的通孔326，通孔326对应卡槽54内部的位置处设有导流管56，导流管56延伸至搅拌部52末端，导流管56对应其所在搅拌部52的同一侧设有5组渗流管57，渗流管57内设有渗透膜58。
42.实施例3
43.本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：搅拌杆组的设置组数不同。
44.加药桶3通过其顶部设有的限位块34与阴极电极放置板12转动连接，加药桶3底部设有的转动杆35贯穿主体1底部后与位于底座2内部的转动齿轮41上表面中心处连接，其中一组转动齿轮41下表面设有用于控制其转动的转动电机4，转动电机4为市售三相减速电机，两组转动齿轮41相互啮合同步反方向转动，每个加药桶3外壁31均设有3组搅拌杆组，每个加药桶3的搅拌杆组自上而下等间距设置，且两个加药桶3的搅拌杆组交错设置。
45.实施例4
46.本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：搅拌杆组的设置组数不同。
47.加药桶3通过其顶部设有的限位块34与阴极电极放置板12转动连接，加药桶3底部设有的转动杆35贯穿主体1底部后与位于底座2内部的转动齿轮41上表面中心处连接，其中一组转动齿轮41下表面设有用于控制其转动的转动电机4，转动电机4为市售三相减速电机，两组转动齿轮41相互啮合同步反方向转动，每个加药桶3外壁31均设有5组搅拌杆组，每个加药桶3的搅拌杆组自上而下等间距设置，且两个加药桶3的搅拌杆组交错设置。
48.工作原理：下面对本发明实验装置的具体工作原理进行详细说明。
49.在使用时，首先将取到的土壤样品放入到主体1内部，此时土壤中可能存在大块的团聚，需要对土壤样品进行疏松，因此打开转动电机4驱动转动齿轮41转动，两组转动齿轮41啮合转动从而带动转动杆35转动，转动杆35带动两组加药桶3同步反方向转动，此时加药桶3外壁设有的搅拌杆组开始转动，转动部51的转轴53与外壁31相对转动，转动部51在弧形槽321内转动带动搅拌部52对土壤进行搅碎，搅拌杆5在转动过程中受到土壤的阻力使其呈现图5中所示的状态，当转动部51的卡槽54转动至与滑动块325对应的位置处时，滑动块325在弹簧324的作用下被推出凹槽322内部，随后滑动块325与卡槽54卡接，并通过磁片55以及卡槽54的限位作用阻止搅拌杆5继续转动，从而保持该状态持续对土壤进行搅拌；
50.当需要对土壤内部含水率以及ph值进行调节以达到实验初始状态时，打开加药桶3顶部用于容纳混药电机63的顶盖，向其中加入需要进行土壤调节的水或者ph调节剂，溶液由混药腔33经进水口361进入到通水管36内部，再由出水口362流入到凹槽322内部，随后通过滑动块325设有的通孔326流入到导流管56内部，再由各个渗流管57经渗透膜58排出到土壤内部，并随着搅拌杆5的转动均匀深入到土壤内部各个位置，随后向加药桶3内加入金属离子溶液，同时开启混药电机63使其带动混药杆61转动，通过混药叶片62对加药桶3内部溶液进行均匀搅拌，以上述同样的方法将药剂加入到土壤中；
51.当液体全部注入完毕后，需要开始进行下一步实验，此时转动过程中的搅拌杆5会对阴极电极以及阳极电极的位置产生干扰，因此，反转转动电机4使两组转动齿轮41反转，
从而带动加药桶3以及搅拌杆5反转，此时，在土壤的推力的作用下搅拌部52反方向转动，转动部51在弧形槽321内反转，卡槽54一侧由于其呈斜面设置因此能够推动滑动块325脱离卡槽54内部，同时在弹簧324的作用下回到凹槽322内部并将出水口326的位置封堵峰值加药桶3内残留液体流出，直至每组搅拌杆5贴合在加药桶3外壁上后停止转动；
52.随后将阴极电极放入阴极电极放置板12内，将阳极电极放入阳极电极放置板13内，进行电动扩散，同时开启电加热板25进行电动扩散-电加热耦合实验，当需要对主体1内部土壤注入氧气或者臭氧进行催化氧化反应时，通过连接注气管7开始注气，同时开启注气电机使其带动两组齿轮盘71转动，从而在啮合作用下带动过渡齿轮72转动，从而实现两组出气管7的同步转动，使气体由出气孔74内均匀扩散到土壤内部。
53.实验例
54.应用本发明实施例2-4中的实验装置进行模拟实验，模拟试验为通过亚铁离子活化对土壤进行修复，观察修复后土壤中有机污染物菲的浓度，实验方法如上述方法所述先后经过含水率调节、ph值调节、加入亚铁离子药剂、电动扩散以及电加热耦合，并采用常规实验装置作为对照，常规试验装置不含有本发明的搅拌杆5以及混药装置6，加药桶采用市售的渗漏加药桶，实验结果如表1所示。
55.表1实施例2-4的实验装置对土壤的修复效果
[0056][0057][0058]
由上表结果可以看出，与对照组相比，采用本发明的实验装置对土壤的修复效果有明显的改善，说明本发明的实验装置对于土壤修复活化起到重要的作用，对实验结果的准确性有了很大的提高。而通过对比实施例2-4的实验数据可知，实施例2中的土壤修复效果最好，可能是因为在实施例2的搅拌过程中对土壤的疏松效果最好，因此促进了药剂以及电动扩散的作用，因此选用实施例2的结构设置最为合理。